ES2686503T3 - Devices for the injection of gaseous streams into a bed of fluidized solids - Google Patents

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ES2686503T3 ES10762294.6T ES10762294T ES2686503T3 ES 2686503 T3 ES2686503 T3 ES 2686503T3 ES 10762294 T ES10762294 T ES 10762294T ES 2686503 T3 ES2686503 T3 ES 2686503T3
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Abstract

Un aparato de distribución de gas (90), que comprende: un colector de distribución (93) en comunicación fluida con una fuente de aporte de gas (94) y una pluralidad de toberas de inyección (10); en el que cada una de la pluralidad de toberas de inyección (10) comprende un tubo (12) que tiene una entrada de fluido (24), una salida de fluido (26) y una longitud axial, en el que la entrada de fluido (24) de al menos una de la pluralidad de toberas de inyección (10) está dispuesta dentro del colector de distribución (93), y en el que la entrada de fluido (24) comprende una pluralidad de orificios de restricción de flujo (27) distribuidos axialmente a través de una placa de entrada (28).A gas distribution apparatus (90), comprising: a distribution manifold (93) in fluid communication with a gas supply source (94) and a plurality of injection nozzles (10); wherein each of the plurality of injection nozzles (10) comprises a tube (12) having a fluid inlet (24), a fluid outlet (26), and an axial length, wherein the fluid inlet (24) of at least one of the plurality of injection nozzles (10) is arranged within the distribution manifold (93), and in which the fluid inlet (24) comprises a plurality of flow restriction orifices (27 ) distributed axially through an input plate (28).

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

Dispositivos para la inyección de corrientes gaseosas en un lecho de sólidos fluidificados Antecedentes de la invención Campo de la invenciónDevices for the injection of gaseous streams into a bed of fluidized solids Background of the invention Field of the invention

Las realizaciones que se describen en esta memoria se refieren generalmente a un aparato para la inyección de una corriente gaseosa en un lecho de sólidos fluidificados.The embodiments described herein generally refer to an apparatus for the injection of a gas stream into a bed of fluidized solids.

AntecedentesBackground

En las industrias de refino y de tratamiento químico, así como en otras industrias de tratamiento, es a menudo necesario inyectar una corriente gaseosa en el seno de un lecho de sólidos finamente divididos, repartiendo el gas uniformemente en toda la sección transversal del lecho. La inyección del gas se ha diseñado para favorecer un contacto uniforme e íntimo del medio gaseoso con el lecho de sólidos, al objeto de conseguir un propósito cual es una reacción química entre el gas y los sólidos y/o una operación de transferencia de masa entre el gas y los sólidos.In the refining and chemical treatment industries, as well as in other treatment industries, it is often necessary to inject a gas stream into a bed of finely divided solids, distributing the gas evenly across the entire cross-section of the bed. The gas injection has been designed to favor a uniform and intimate contact of the gaseous medium with the bed of solids, in order to achieve a purpose which is a chemical reaction between the gas and the solids and / or a mass transfer operation between Gas and solids.

Un aparato para la inyección de gas en el seno de un lecho fluidificado consiste, por lo común, en una placa de rejillas plana provista de orificios, un sistema de rejillas de tuberías, o una serie de anillos concéntricos. Estos distribuidores se han diseñado para cubrir físicamente la sección transversal del lecho tanto como sea posible con el fin de favorecer la distribución uniforme del gas a todo lo largo y ancho del lecho. El gas es introducido en el espacio situado por debajo del distribuidor de placa plana o en el interior de la cabecera principal de una rejilla de tuberías y/o del distribuidor de anillos desde una fuente de aporte central. Desde allí, el gas fluye por toda la rejilla de tuberías o sistema de anillos y, a continuación, se descarga al seno del lecho a través de una multiplicidad de toberas que distribuyen el gas uniformemente en el lecho. Los distribuidores de rejillas planos no son, por lo común, completamente planos, sino que tienen una ligera forma de plato hacia arriba o hacia debajo con el fin de soportar mejor la presión ejercida por el gas y/o por el peso del lecho de sólidos situado por encima. Los distribuidores de rejillas planos pueden contener o no toberas, pero, por lo común, tan solo utilizan una configuración de orificios extendida por la placa para permitir que el gas fluya al seno del lecho. Otras realizaciones de distribuidores de gas para lechos fluidos de sólidos incluyen distribuidores del tipo de cúpula y los denominados distribuidores «de sombrerete».An apparatus for the injection of gas into a fluidized bed usually consists of a flat grid plate provided with holes, a system of pipe grids, or a series of concentric rings. These distributors have been designed to physically cover the cross-section of the bed as much as possible in order to favor the uniform distribution of the gas throughout the length and width of the bed. The gas is introduced into the space below the flat plate distributor or inside the main head of a pipe grid and / or the ring distributor from a central supply source. From there, the gas flows through the entire pipe rack or ring system and is then discharged into the bed through a multiplicity of nozzles that distribute the gas evenly in the bed. Flat grid distributors are not, in general, completely flat, but have a slight plate shape up or down in order to better withstand the pressure exerted by the gas and / or the weight of the bed of solids located above. Flat grid distributors may or may not contain nozzles, but usually only use a hole configuration extended by the plate to allow gas to flow into the bed. Other embodiments of gas distributors for fluid beds of solids include distributors of the dome type and so-called "cap" distributors.

A fin de conseguir una distribución uniforme del medio de gas, las toberas de inyección se han diseñado, por lo común, con un área en sección transversal que provocará que se produzca una caída de presión, o pérdida de carga, conforme el gas fluye a través de las toberas de inyección, desde la cabecera de distribución al seno del lecho de sólidos. El mantenimiento de una caída de presión positiva a través de las toberas de inyección garantiza que el gas fluya uniformemente a todas las toberas de inyección a pesar de las diferencias que pueden producirse en la presión en el lecho en el momento de la descarga. Una vez que el gas ha fluido hacia arriba a través del lecho de sólidos, el lecho queda «fluidificado» y comienza a comportarse como un líquido. Semejante lecho fluidificado de sólidos ejercerá una presión proporcional a la profundidad del lecho y a la densidad de la mezcla de gas / sólidos, de la misma manera que lo haría un líquido de similares densidad y profundidad. Por lo común, tales lechos de sólidos fluidificados oscilarán en profundidad desde unos pocos metros (unos pocos pies) hasta tanto como 9 m (30 pies) o más y exhibirán una densidad medida que oscila entre unos pocos g/cm3 (unas pocas libras por pie cúbico) hasta por encima de 5 g/cm3 (40 libras por pie cúbico). La presión resultante que se ejerce por la columna de sólidos fluidificados oscilará entre tan poco como 6.985 Pa (1 libra por pulgada cuadrada (psi -“pound per square inch”-)) hasta tanto como 68.946 Pa (10 psi) o más. Es más, el lecho de sólidos es, a menudo, bastante turbulento, lo que significa que la presión en cualquier punto del lecho fluctúa con el tiempo y variará de un punto a otro a una profundidad dada del lecho. Por esta razón, es importante diseñar los distribuidores de gas con la caída de presión suficiente, a fin de superar las fluctuaciones de presión que se esperan en el emplazamiento del distribuidor de gas en el lecho. Una «regla del pulgar» típica para el diseño de distribuidores de gas es que la caída de presión mínima deberá ser el 15% de la caída de presión en el lecho para las toberas de inyección que apuntan hacia debajo, y el 30% de la caída de presión en el lecho para distribuidores apuntados hacia arriba.In order to achieve a uniform distribution of the gas medium, the injection nozzles have generally been designed with a cross-sectional area that will cause a pressure drop, or loss of load, as the gas flows to through the injection nozzles, from the distribution head to the bed of solids. Maintaining a positive pressure drop through the injection nozzles ensures that the gas flows uniformly to all injection nozzles despite the differences that may occur in the pressure in the bed at the time of discharge. Once the gas has flowed up through the bed of solids, the bed is "fluidized" and begins to behave like a liquid. Such a fluidized bed of solids will exert a pressure proportional to the depth of the bed and the density of the gas / solids mixture, in the same way as a liquid of similar density and depth would. Typically, such beds of fluidized solids will range in depth from a few meters (a few feet) to as much as 9 m (30 feet) or more and will exhibit a measured density ranging from a few g / cm3 (a few pounds per cubic foot) up to 5 g / cm3 (40 pounds per cubic foot). The resulting pressure exerted by the column of fluidized solids will range from as little as 6,985 Pa (1 pound per square inch (psi - "pound per square inch" -)) to as much as 68,946 Pa (10 psi) or more. Moreover, the bed of solids is often quite turbulent, which means that the pressure at any point in the bed fluctuates over time and will vary from one point to another at a given bed depth. For this reason, it is important to design the gas distributors with sufficient pressure drop, in order to overcome the expected pressure fluctuations at the location of the gas distributor in the bed. A typical "rule of thumb" for the design of gas distributors is that the minimum pressure drop should be 15% of the pressure drop in the bed for the injection nozzles pointing down, and 30% of the pressure drop in the bed for distributors pointed upwards.

Además de mantener una caída de presión mínima para una distribución uniforme del medio de gas, las toberas de inyección se han diseñado también para descargar el gas al seno del lecho a una velocidad relativamente elevada. Si la velocidad del gas es demasiado baja, las pulsaciones en la presión pueden causar momentáneamente que los sólidos sean empujados hacia detrás por presión y fluyan desde el lecho al interior de la tobera de inyección. Tal flujo de retorno de sólidos al interior de la tobera de inyección es indeseable puesto que puede conllevar una erosión en la tobera de inyección por la acción abrasiva continuada de los sólidos, y/o un taponamiento de una tobera de inyección si los sólidos quedan alojados formando una masa sólida. Es más, si los sólidos son presurizados lo suficientemente lejos dentro de una tobera de inyección, pueden entonces entrar en la cabecera principal, donde son recogidos por el gas fluyente para ser descargados al interior de una o más toberas de inyección situadas más aguas abajo. En este último caso, el resultado puede ser una grave erosión en una o más toberas de inyección situadas aguas abajo con respecto a la tobera a través de la cual han entrado los sólidos en la cabecera. A fin deIn addition to maintaining a minimum pressure drop for a uniform distribution of the gas medium, the injection nozzles have also been designed to discharge the gas into the bed at a relatively high speed. If the gas velocity is too low, pressure pulsations may momentarily cause solids to be pushed back by pressure and flow from the bed into the injection nozzle. Such a return flow of solids into the injection nozzle is undesirable since it can lead to erosion in the injection nozzle due to the continuous abrasive action of the solids, and / or a plugging of an injection nozzle if the solids are housed. forming a solid mass. Moreover, if the solids are pressurized far enough into an injection nozzle, they can then enter the main head, where they are collected by the flowing gas to be discharged into one or more injection nozzles located further downstream. In the latter case, the result may be serious erosion in one or more injection nozzles located downstream with respect to the nozzle through which the solids have entered the header. For the purpose of

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evitar el flujo de retorno de los sólidos al interior de las toberas de inyección, la velocidad en las toberas se mantiene generalmente por encima de un cierto valor mínimo, por lo común, por encima de aproximadamente 6 m por segundo (20 pies por segundo (fps -“feet per second”-)).avoid the return flow of solids into the injection nozzles, the speed in the nozzles is generally maintained above a certain minimum value, usually above approximately 6 m per second (20 feet per second ( fps - “feet per second” -)).

Un problema que continúa azotando los distribuidores de gas en lechos de fluido es la erosión de las toberas de inyección en el momento de la descarga al seno del lecho de sólidos. A lo largo de un periodo de tiempo prolongado, el impacto de las partículas sólidas en el borde de descarga del inyector provocará un desgaste gradual en la punta del inyector. A medida que aumenta el desgaste, el extremo de la tobera puede retroceder por erosión lo suficiente como para destruir el lugar de fijación en que la tobera del inyector pasa a través de la cabecera. El resultado es un agujero en la cabecera y una pérdida de rendimiento del distribuidor. Cuando esto ocurre, son necesarias costosas y prolongadas reparaciones para restablecer el rendimiento de la rejilla o anillo.A problem that continues to plague gas distributors in fluid beds is the erosion of the injection nozzles at the time of discharge into the bed of solids. Over a prolonged period of time, the impact of solid particles on the discharge edge of the injector will cause gradual wear on the tip of the injector. As wear increases, the end of the nozzle can recede by erosion enough to destroy the place of attachment where the nozzle of the injector passes through the head. The result is a hole in the header and a loss of performance of the distributor. When this occurs, expensive and prolonged repairs are necessary to restore the performance of the grid or ring.

Un procedimiento utilizado de forma generalizada en la industria del refino del petróleo, que hace uso de lechos de sólidos finamente divididos, es el procedimiento de craqueo catalítico de fluido (FCC -“fluid catalytic cracking”-). El procedimiento de FCC se utiliza para el craqueo de corrientes de gasóleo pesado en ebullición para obtener productos más valiosos de ebullición más ligera, tales como la gasolina e hidrocarburos más ligeros. El procedimiento de FCC se sirve de catalizadores sólidos en forma de polvo para facilitar la rotura de los enlaces atómicos carbono-carbono del gasóleo suministrado, a fin de formar moléculas más pequeñas que se encuentran dentro de los márgenes de ebullición de la gasolina. Además del producto de gasolina, el procedimiento también da lugar a cantidades sustanciales de gases más ligeros, tales como el butano o el propano, que se recuperan y convierten en productos de valor. El craqueo catalítico de fluido es el procedimiento «de conversión» más ampliamente utilizado en el refino del petróleo, y se han instalado varios millones de barriles por día de capacidad de FCC desde que se concibió el procedimiento a comienzo de los años 40. Así, pues, el procedimiento de FCC es de gran valor económico y es, por lo común, la unidad de mayor aprovechamiento de una refinería de petróleo en los Estados Unidos así como en la mayor parte de refinerías de todo el mundo.A procedure widely used in the petroleum refining industry, which makes use of beds of finely divided solids, is the fluid catalytic cracking (FCC) process. The FCC procedure is used for cracking heavy boiling diesel streams to obtain more valuable products of lighter boiling, such as gasoline and lighter hydrocarbons. The FCC process uses solid catalysts in powder form to facilitate the breakage of the carbon-carbon atomic bonds of the supplied diesel, in order to form smaller molecules that are within the boiling ranges of gasoline. In addition to the gasoline product, the process also results in substantial amounts of lighter gases, such as butane or propane, which are recovered and converted into valuable products. Catalytic fluid cracking is the "conversion" procedure most widely used in oil refining, and several million barrels per day of FCC capacity have been installed since the procedure was conceived in the early 1940s. Thus, Thus, the FCC procedure is of great economic value and is, in general, the unit of greatest use of an oil refinery in the United States as well as in most refineries around the world.

El catalizador que se utiliza en el procedimiento de FCC es un sólido finamente dividido compuesto, en su mayor parte, de sílice y alúmina, en forma tanto cristalina como amorfa. El uso de un catalizador en polvo ha sido la característica clave que ha contribuido al éxito del procedimiento de FCC y ha traído consigo el desarrollo de toda un área de operaciones de procedimiento que se ha dado en llamar «fluidificación». El catalizador en polvo finamente dividido puede hacerse comportar como un fluido cuando es apropiadamente aireado o «fluidificado» por medio de aire u otro gas. El polvo fluidificado puede hacerse fluir en líneas o vetas y establecerá un cierto nivel dentro de un recipiente, como lo haría un líquido. Un polvo fluidificado también generará una cabeza de presión hidráulica proporcional a la densidad y a la profundidad de la mezcla contenida en un recipiente o en una tubería montante vertical, como lo haría un fluido. El polvo puede ser también transportado neumáticamente por una corriente de gas cuando el gas tiene una velocidad suficiente. La capacidad para hacer fluir el catalizador en polvo entre recipientes ha sido tremendamente beneficiosa en el desarrollo de un procedimiento de craqueo catalítico viable. Las primeras tentativas para utilizar un lecho fijo de pastillas de catalizador se vieron grandemente perjudicadas por la necesidad de regenerar el catalizador de forma frecuente al objeto de eliminar depósitos de «coque» que constituyen un producto secundario del craqueo. El coque, en su mayor parte carbono, con algo de hidrógeno y azufre, desactiva el catalizador y ha de ser eliminado por medio de una etapa de combustión. Al hacer uso de un catalizador «fluidificable», el catalizador puede hacerse circular de manera continua entre los recipientes de reacción y de regeneración de una unidad de FCC, de tal modo que no es necesario un procedimiento cíclico para llevar a efecto las etapas de reacción y regeneración.The catalyst used in the FCC process is a finely divided solid composed, for the most part, of silica and alumina, both crystalline and amorphous. The use of a powder catalyst has been the key feature that has contributed to the success of the FCC procedure and has led to the development of a whole area of procedural operations that has been called "fluidization." The finely divided powder catalyst can be behaved as a fluid when properly aerated or "fluidized" by means of air or other gas. The fluidized powder can be made to flow in lines or veins and will establish a certain level inside a container, as a liquid would. A fluidized powder will also generate a hydraulic pressure head proportional to the density and depth of the mixture contained in a container or in a vertical upright pipe, as a fluid would. Dust can also be pneumatically transported by a gas stream when the gas has sufficient speed. The ability to flow the powder catalyst between vessels has been tremendously beneficial in the development of a viable catalytic cracking process. The first attempts to use a fixed bed of catalyst pads were greatly affected by the need to regenerate the catalyst frequently in order to eliminate "coke" deposits that constitute a secondary product of cracking. Coke, mostly carbon, with some hydrogen and sulfur, deactivates the catalyst and has to be removed through a combustion stage. By making use of a "fluidifiable" catalyst, the catalyst can be continuously circulated between the reaction and regeneration vessels of an FCC unit, such that a cyclic process is not necessary to carry out the reaction steps. and regeneration.

En el procedimiento de FCC, se utilizan grandes volúmenes de aire en el recipiente regenerador para eliminar el coque del catalizador y restituir la actividad del catalizador. El aire es, por lo común, inyectado al seno de un lecho de catalizador con contenido de coque por medio de distribuidores del tipo de rejillas de tuberías o de anillos. El procedimiento de FCC también hace uso de distribuidores de gran tamaño del tipo de tuberías o de anillos en la sección de decapado, en la que el catalizador gastado se pone en contacto con el vapor para eliminar los hidrocarburos arrastrados, antes de que el catalizador sea enviado al regenerador. Se utilizan distribuidores de tuberías o anillos de menor tamaño en los demás lugares del procedimiento de FCC para inyectar vapor o aire al objeto de mantener el catalizador en polvo en un estado «fluidificado» o aireado. Las toberas de inyección que se utilizan en cada una de estas zonas del procedimiento de FCC pueden verse sometidas a erosión, como se ha descrito en lo anterior.In the FCC procedure, large volumes of air are used in the regenerator vessel to remove catalyst coke and restore catalyst activity. The air is usually injected into a bed of catalyst with coke content by means of distributors of the type of pipe grids or rings. The FCC process also makes use of large distributors of the type of pipes or rings in the pickling section, in which the spent catalyst contacts the steam to remove entrained hydrocarbons, before the catalyst is sent to the regenerator. Distributors of smaller pipes or rings are used elsewhere in the FCC procedure to inject steam or air in order to keep the catalyst powder in a "fluidized" or aerated state. The injection nozzles that are used in each of these areas of the FCC procedure may be subject to erosion, as described above.

Se han llevado a cabo diversas tentativas para mejorar el diseño de las toberas de inyección, con el fin de reducir los efectos nocivos de la erosión y alargar la vida útil del distribuidor. Estas incluyen el uso de aleaciones exóticas y materiales cerámicos para hacer la tobera de inyección, en sí, más dura y más resistente a la erosión, la protección del extremo de descarga de la tobera de inyección con un acabado superficial duro, tal como capas de revestimiento de metal o capas refractantes, y/o cambios en el diseño de la tobera.Various attempts have been made to improve the design of the injection nozzles, in order to reduce the harmful effects of erosion and extend the life of the distributor. These include the use of exotic alloys and ceramic materials to make the injection nozzle itself harder and more resistant to erosion, protecting the discharge end of the injection nozzle with a hard surface finish, such as layers of metal coating or refractive layers, and / or changes in the design of the nozzle.

Un diseño de distribuidor de aire del actual estado de la técnica para un regenerador de FCC hace uso de un distribuidor de rejillas de tuberías y de un diseño de tobera de inyección de dos etapas. Tal diseño se ha mostrado en la Figura 1A, que es una vista en planta de un distribuidor de rejillas de tuberías que consiste en tres rejillas idénticas en una disposición triangular, a fin de cubrir la sección transversal circular de un regenerador de FCC. La Figura 1B es una vista en alzado de una de las rejillas de tuberías, que muestra el modo como la arteria de aporteAn air distributor design of the current state of the art for an FCC regenerator makes use of a pipe grid distributor and a two-stage injection nozzle design. Such a design has been shown in Figure 1A, which is a plan view of a pipe grid distributor consisting of three identical grids in a triangular arrangement, in order to cover the circular cross-section of an FCC regenerator. Figure 1B is an elevational view of one of the pipe grids, showing the way in which the supply artery

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de aire principal entra desde la parte inferior, con tres ramas que también soportan la rejilla. Todas las rejillas están instaladas a la misma altura en el lecho de catalizador en polvo, de manera que tienen, de forma tan aproximada como sea posible, una presión uniforme con la que se descarga el aire. La Figura 1C es una sección transversal de uno de los brazos de la rejilla, que muestra la disposición de las toberas, dirigidas hacia debajo a 45 grados con respecto a la vertical. Este diseño de rejilla de tuberías ha demostrado ser muy eficaz a la hora de distribuir físicamente el aire sobre la sección transversal del lecho de catalizador, de manera que el quemado del coque sea uniforme.Main air enters from the bottom, with three branches that also support the grid. All gratings are installed at the same height in the powder catalyst bed, so that they have, as approximate as possible, a uniform pressure with which the air is discharged. Figure 1C is a cross section of one of the arms of the grid, showing the arrangement of the nozzles, directed downwards at 45 degrees with respect to the vertical. This pipe grid design has proven to be very effective in physically distributing the air over the cross section of the catalyst bed, so that the burning of the coke is uniform.

La Figura 1D es una vista en corte de una de las toberas de inyección de aire, que utiliza una tubo de dos etapas, también denominado de «Borda». Las Figuras 1E-1H contiene varias vistas que muestran la disposición de tobera dentro de uno de los brazos de la rejilla. Los brazos de rejilla de metal se cubren con un material refractario resistente a la erosión para proteger tanto los propios brazos de rejilla como la longitud final de las toberas de la inyección de la erosión por la acción de desgaste de las partículas de catalizador.Figure 1D is a sectional view of one of the air injection nozzles, which uses a two-stage tube, also referred to as a "Borda". Figures 1E-1H contains several views showing the nozzle arrangement within one of the grille arms. The metal grid arms are covered with an erosion resistant refractory material to protect both the grid arms themselves and the final length of the nozzles from erosion injection by the wear action of the catalyst particles.

El tubo de Borda o tobera de dos etapas consiste en un tubo recto con un orificio concéntrico en el extremo de entrada. En el diseño de tubo de Borda, el orificio se ha dimensionado para proporcionar una caída de presión suficiente para favorecer una distribución uniforme del aire a través de la rejilla, de tal modo que la caída de presión está comprendida, por lo común, entre aproximadamente 6.895 Pa y 20.684 Pa (entre 1 y 3 psi). El orificio es seguido por una sección tubular de diámetro más grande, que ralentiza el gas de un modo tal, que la velocidad de descarga al seno del lecho de sólidos no provoca una erosión y/o degradación excesivas del catalizador. Véase, por ejemplo, la divulgación de Joseph W. Wilson: “Fluid Catalytic Cracking” (Craqueo catalítico de fluido), págs. 140-141, Penwell Publishing, 1997, que describe el uso de un tubo de Borda como tobera de inyección en aplicaciones de FCC.The two-stage Borda tube or nozzle consists of a straight tube with a concentric hole at the inlet end. In the Borda tube design, the hole has been sized to provide a sufficient pressure drop to favor a uniform distribution of air through the grid, so that the pressure drop is usually between approximately 6,895 Pa and 20,684 Pa (between 1 and 3 psi). The orifice is followed by a larger diameter tubular section, which slows the gas in such a way that the discharge rate into the bed of solids does not cause excessive erosion and / or degradation of the catalyst. See, for example, the disclosure of Joseph W. Wilson: "Fluid Catalytic Cracking," p. 140-141, Penwell Publishing, 1997, which describes the use of a Borda tube as an injection nozzle in FCC applications.

La longitud recomendada para el tubo de Borda es un mínimo de seis veces el diámetro del tubo, a fin de permitir que llegue a desarrollarse por completo el flujo dentro del tubo a continuación del orificio de tobera. Se ha establecido en la práctica que, si la tobera es demasiado corta, el flujo en la descarga será turbulento y tendrá como resultado una erosión excesiva en la punta de la tobera.The recommended length for the Borda tube is a minimum of six times the diameter of the tube, in order to allow the flow inside the tube to develop completely after the nozzle orifice. It has been established in practice that, if the nozzle is too short, the discharge flow will be turbulent and will result in excessive erosion at the tip of the nozzle.

Si bien el diseño del tubo de Borda y el uso de materiales duros para la construcción de la tobera y/o la protección de la punta de la tobera han mejorado en gran medida la vida de los distribuidores de rejillas para dar servicio al FCC, estos diseños siguen estando sometidos a un desgaste excesivo que requiere el remplazo periódico, ya sea toberas individuales de un brazo de rejilla, ya sea de todo el brazo de rejilla. Estos tipos de reparaciones son difíciles de llevar a cabo y pueden alargar el tiempo necesario para realizar el mantenimiento rutinario durante los periodos de parada programada.While the design of the Borda tube and the use of hard materials for the construction of the nozzle and / or the protection of the tip of the nozzle have greatly improved the life of the grid distributors to service the FCC, these designs are still subject to excessive wear that requires periodic replacement, either individual nozzles of a grid arm, or of the entire grid arm. These types of repairs are difficult to carry out and can extend the time needed to perform routine maintenance during scheduled stop periods.

Otro ejemplo de distribuidor de aire que se utiliza para el procedimiento de regeneración catalítica por FCC se divulga en la Patente de los EE.UU. N° 4.223.843. Como se divulga en este documento, el distribuidor de aire incluye una pluralidad de toberas en un anillo de cabecera y en un alojamiento cilíndrico, de manera que cada tobera se ha formado con un ánima divergente para eyectar aire a alta presión. El ánima divergente de cada una de las toberas se ha formado con un semiángulo de menos de 7° con el fin de proporcionar una velocidad máxima del aire sin que se destruya el catalizador gastado.Another example of an air distributor that is used for the FCC catalytic regeneration process is disclosed in US Pat. No. 4,223,843. As disclosed herein, the air distributor includes a plurality of nozzles in a header ring and in a cylindrical housing, so that each nozzle has been formed with a divergent bore to eject high pressure air. The divergent bore of each of the nozzles has been formed with a half angle of less than 7 ° in order to provide a maximum air velocity without destroying the spent catalyst.

La Patente de los EE.UU. N° 4.460.130 divulga una tobera inyectora dispuesta externamente al colector, que tiene una abertura central en una entrada, que se extiende desde la tobera hasta el paso central. El área en sección transversal de la abertura central de la tobera en la dirección del flujo es más pequeña, en al menos un lugar, que la de la entrada, de tal modo que una parte principal de la caída de presión en el gas que fluye desde el paso central a través de la entrada y de la tobera, es creada por la tobera. La abertura central diverge hacia fuera en un ángulo de menos de 15°, a fin de evitar la formación de un chorro así como la formación de corrientes parásitas.U.S. Pat. No. 4,460,130 discloses an injector nozzle arranged externally to the manifold, which has a central opening in an inlet, which extends from the nozzle to the central passage. The cross-sectional area of the central opening of the nozzle in the direction of flow is smaller, in at least one place, than that of the inlet, such that a major part of the pressure drop in the flowing gas from the central passage through the entrance and the nozzle, it is created by the nozzle. The central opening diverges outward at an angle of less than 15 °, in order to avoid the formation of a jet as well as the formation of stray currents.

Persiste en la técnica la necesidad de dispositivos de distribución de gas que estén sometidos a un menor desgaste erosivo.The need for gas distribution devices that are subject to less erosive wear persists in the art.

Compendio de la invenciónCompendium of the invention

En un aspecto, realizaciones divulgadas en esta memoria se refieren a un aparato de distribución de gas como se define en la reivindicación 1. En algunas realizaciones, el aparato de distribución de gas anteriormente descrito puede haberse dispuesto dentro de un recipiente, tal como para distribuir un gas dentro de un recipiente al objeto de llevar a cabo reacciones de polimerización, regeneración de catalizador gastado o gasificación de carbón.In one aspect, embodiments disclosed herein refer to a gas distribution apparatus as defined in claim 1. In some embodiments, the gas distribution apparatus described above may have been disposed within a container, such as to distribute a gas inside a container in order to carry out polymerization reactions, spent catalyst regeneration or coal gasification.

En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones adicionales del aparato de distribución de gas.Further embodiments of the gas distribution apparatus are defined in the dependent claims.

Otros aspectos y ventajas resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción y de las reivindicaciones que se acompañan.Other aspects and advantages will be apparent from the following description and the accompanying claims.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Las Figuras 1A (vista en planta) y 1B (vista en alzado) ilustran un distribuidor de rejillas de tuberías de la técnicaFigures 1A (plan view) and 1B (elevation view) illustrate a distributor of pipe grids of the technique

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anterior.previous.

La Figura 1C es una vista en corte transversal de un brazo de rejilla del distribuidor de rejillas de tuberías de la técnica anterior mostrado en la Figura 1A, que incluye una tobera de inyección de tubo de Borda.Figure 1C is a cross-sectional view of a grid arm of the prior art pipe grid distributor shown in Figure 1A, which includes an Injector tube injection nozzle.

La Figura 1D es una vista en detalle de un tubo de Borda utilizado en la Figura 1C.Figure 1D is a detailed view of an inboard tube used in Figure 1C.

Las Figuras 1E-1H presentan varias vistas en perspectiva de la disposición de tubos de Borda dentro del brazo de rejilla de la Figura 1C.Figures 1E-1H present several perspective views of the arrangement of Borda tubes within the grid arm of Figure 1C.

La Figura 2A (vista en corte transversal) y la Figura 2B (vista desde el inyección que no forman parte de la presente descripción.Figure 2A (cross-sectional view) and Figure 2B (view from the injection that are not part of the present description.

La Figura 3A (vista en corte transversal) y la Figura 3B (vista desde el inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en esta memoria.Figure 3A (cross-sectional view) and Figure 3B (view from the injection according to the embodiments disclosed herein.

La Figura 4A (vista en corte transversal) y la Figura 4B (vista desde el inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en esta memoria.Figure 4A (cross-sectional view) and Figure 4B (view from the injection according to the embodiments disclosed herein.

La Figura 5A (vista en corte transversal) y la Figura 5B (vista desde el inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en esta memoria.Figure 5A (cross-sectional view) and Figure 5B (view from the injection according to the embodiments disclosed herein.

La Figura 6A (vista en corte transversal) y la Figura 6B (vista desde el inyección que no forman parte de la presente descripción.Figure 6A (cross-sectional view) and Figure 6B (view from the injection that are not part of the present description.

La Figura 7A (vista en corte transversal) y la Figura 7B (vista desde el inyección que no forman parte de la presente descripción.Figure 7A (cross-sectional view) and Figure 7B (view from the injection that are not part of the present description.

La Figura 8A (vista en corte transversal) y la Figura 8B (vista desde el inyección que no forman parte de la presente descripción.Figure 8A (cross-sectional view) and Figure 8B (view from the injection that are not part of the present description.

La Figura 9A (vista en corte transversal) y la Figura 9B (vista desde el inyección que no forman parte de la presente descripción.Figure 9A (cross-sectional view) and Figure 9B (view from the injection that are not part of the present description.

La Figura 10 es una vista en corte transversal de un brazo de rejilla de distribuidor de tuberías que incluye toberas de inyección que no forman parte de la presente descripción.Figure 10 is a cross-sectional view of a pipe distributor grid arm that includes injection nozzles that are not part of the present description.

La Figura 11 es una vista en corte transversal de un brazo de rejilla de distribuidor de tuberías que incluye toberas de inyección que no forman parte de la presente descripción.Figure 11 is a cross-sectional view of a pipe distributor grid arm that includes injection nozzles that are not part of the present description.

La Figura 12 es una vista en corte transversal de un recipiente que incluye un distribuidor de placa plana que incluye toberas de inyección que no forman parte de la presente descripción.Figure 12 is a cross-sectional view of a container that includes a flat plate distributor that includes injection nozzles that are not part of the present description.

La Figura 13 es una vista en corte transversal de un recipiente que incluye un distribuidor de placa plana que incluye toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria.Figure 13 is a cross-sectional view of a container that includes a flat plate distributor that includes injection nozzles in accordance with the embodiments disclosed herein.

Las Figuras 14A-14E muestran la configuración de flujo interno para una tobera de inyección de tubo de Borda convencional, tal como se ha desarrollado por análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD -“computation fluid analysis”-).Figures 14A-14E show the internal flow configuration for a conventional Inboard tube injection nozzle, as developed by computational fluid dynamics analysis (CFD).

Las Figuras 15A-15K muestran fotogramas secuenciales de animación de CFD de una tobera de inyección de tubo de Borda convencional, que ilustran el movimiento y la inestabilidad del chorro proveniente del orificio y el modo como está presente la inestabilidad a lo largo de todo el camino hasta el extremo del tubo.Figures 15A-15K show sequential frames of CFD animation of a conventional Inboard tube injection nozzle, illustrating the movement and instability of the jet coming from the hole and how instability is present along the entire path. to the end of the tube.

Las Figuras 16A-20 muestran la configuración de flujo interno para tubos de Borda y tubos de Borda modificados basándose en el análisis de CFD.Figures 16A-20 show the internal flow configuration for modified Snorkels and Snorkels based on CFD analysis.

Las Figuras 21, 22 y 25 muestran la configuración de flujo interno para toberas de inyección, que no forman parte de la presente descripción, basada en el análisis de CFD.Figures 21, 22 and 25 show the internal flow configuration for injection nozzles, which are not part of the present description, based on the CFD analysis.

Las Figuras 23 y 24 muestran la configuración de flujo interno para toberas de inyección, de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria, basada en el análisis de CFD.Figures 23 and 24 show the internal flow configuration for injection nozzles, in accordance with the embodiments disclosed herein, based on the CFD analysis.

Las Figuras 26-31 comparan la configuración de flujo interno para toberas de inyección que no forman parte de la presente descripción, basada en análisis de CFD, con la de tubos de Borda convencionales.Figures 26-31 compare the internal flow configuration for injection nozzles that are not part of the present description, based on CFD analysis, with that of conventional inboard tubes.

Descripción detalladaDetailed description

En un aspecto, realizaciones de esta memoria se refieren a un aparato para la inyección de una corriente gaseosa en el seno de un lecho de sólidos fluidificados. Más específicamente, realizaciones divulgadas en la presenteIn one aspect, embodiments of this specification refer to an apparatus for the injection of a gas stream into a bed of fluidized solids. More specifically, embodiments disclosed herein.

extremo de entrada) ilustran toberas de extremo de entrada) ilustran toberas de extremo de entrada) ilustran toberas de extremo de entrada) ilustran toberas de extremo de entrada) ilustran toberas de extremo de entrada) ilustran toberas de extremo de entrada) ilustran toberas de extremo de entrada) ilustran toberas deinlet end) illustrate inlet end nozzles) illustrate inlet end nozzles) illustrate inlet end nozzles) illustrate inlet end nozzles) illustrate inlet end nozzles) illustrate inlet end nozzles) illustrate inlet nozzles input) illustrate nozzles of

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memoria se refieren a toberas de inyección que pueden dar como resultado un cierto perfil de velocidades del gas, a fin de reducir o evitar la erosión de la tobera de inyección.Memory refers to injection nozzles that can result in a certain gas velocity profile, in order to reduce or prevent erosion of the injection nozzle.

Las toberas de inyección pueden tener una entrada de fluido, en comunicación de fluido con un colector de distribución de gas, y una salida de fluido, en comunicación de fluido con un recipiente, por ejemplo. La entrada de fluido de las toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en esta memoria puede incluir más recorridos de fluido, paralelos, perpendiculares o transversales al eje de la tobera. Los recorridos de fluido puede haberse diseñado y distribuido en la tobera de un modo tal, que resulte en uno o más de: una caída de presión, o pérdida de carga, deseada a través de la tobera; un perfil de velocidades de gas estable; un perfil de velocidades uniforme que puede estar centrado con la salida de la tobera; y una velocidad máxima menor que la que puede causar la degradación de las partículas sólidas que se están fluidificando.The injection nozzles may have a fluid inlet, in fluid communication with a gas distribution manifold, and a fluid outlet, in fluid communication with a container, for example. The fluid inlet of the injection nozzles according to the embodiments disclosed herein may include more fluid paths, parallel, perpendicular or transverse to the axis of the nozzle. The fluid paths may have been designed and distributed in the nozzle in a manner that results in one or more of: a pressure drop, or loss of load, desired through the nozzle; a stable gas velocity profile; a uniform velocity profile that may be centered with the nozzle outlet; and a maximum speed less than that which can cause degradation of the solid particles that are being fluidized.

Ejemplos de toberas de inyección de acuerdo con realizaciones divulgadas en esta memoria se han ilustrado en las Figuras 3-5, los ejemplos de la Figura 2 y 6-9 no forman parte de la presente descripción. Si bien se han ilustrado en las figuras características de las toberas de inyección como generalmente circulares / cilíndricas, pueden utilizarse otras formas / perfiles, tales como cuadrada, rectangular, hexagonal, octagonal, etc. Así, pues, cuando se hace referencia al diámetro en esta memoria, se entiende que el diámetro es un diámetro equivalente para formas distintas de la circular.Examples of injection nozzles according to embodiments disclosed herein have been illustrated in Figures 3-5, the examples in Figure 2 and 6-9 are not part of the present description. Although they have been illustrated in the characteristic figures of the injection nozzles as generally circular / cylindrical, other shapes / profiles can be used, such as square, rectangular, hexagonal, octagonal, etc. Thus, when reference is made to the diameter herein, it is understood that the diameter is an equivalent diameter for shapes other than the circular.

Haciendo referencia, a continuación, a las Figuras 2A (vista en corte transversal) y 2B (vista desde el extremo de entrada), se ilustra en ellas una tobera de inyección que no forma parte de la presente descripción. La tobera de inyección 10 puede incluir un tubo 12 que tiene un extremo de entrada de fluido 14 y una salida de fluido 16. El extremo de entrada de fluido 14 puede estar formada, por ejemplo, por una pluralidad de orificios de restricción de flujo radiales 17, distribuidos circunferencialmente a través del tubo 12. Tal como se utiliza en esta memoria, «pluralidad» se refiere a dos o más, incluso si se ilustra de manera que presente un número diferente. Tal y como se muestra en la Figura 2B, el extremo de entrada puede estar taponado por una placa trasera 18 que carece de aberturas de flujo, de tal modo que únicamente se permite el flujo de gas radialmente al interior del tubo 12, a través de los orificios de restricción de flujo radiales 17.Referring now to Figures 2A (cross-sectional view) and 2B (view from the inlet end), an injection nozzle which is not part of the present description is illustrated. The injection nozzle 10 may include a tube 12 having a fluid inlet end 14 and a fluid outlet 16. The fluid inlet end 14 may be formed, for example, by a plurality of radial flow restriction holes 17, distributed circumferentially through the tube 12. As used herein, "plurality" refers to two or more, even if illustrated so as to present a different number. As shown in Figure 2B, the inlet end may be plugged by a back plate 18 lacking flow openings, such that only gas flow is allowed radially into the tube 12, through radial flow restriction holes 17.

El número y diámetro de los orificios de restricción de flujo radiales puede depender de la caída de presión deseada a través del tubo 12. La pluralidad de orificios de restricción de flujo radiales 17 pueden estar distribuidos a través del tubo 12 en una hilera circunferencial. Otras realizaciones pueden incluir hileras circunferenciales adicionales de orificios de restricción de flujo radiales.The number and diameter of the radial flow restriction holes may depend on the desired pressure drop through the tube 12. The plurality of radial flow restriction holes 17 may be distributed through the tube 12 in a circumferential row. Other embodiments may include additional circumferential rows of radial flow restriction holes.

La relación entre un diámetro interior Dt de la salida del tubo y un diámetro Do de un orificio de restricción de flujo radial puede ser mayor que 2:1. En otras realizaciones, la relación entre un diámetro interior Dt de la salida del tubo y un diámetro Do de un orificio de restricción de flujo radial puede estar comprendida dentro del intervalo entre 2:1 y 20:1.The ratio between an inner diameter Dt of the tube outlet and a diameter C of a radial flow restriction hole may be greater than 2: 1. In other embodiments, the ratio between an inner diameter Dt of the tube outlet and a diameter C of a radial flow restriction hole may be within the range between 2: 1 and 20: 1.

La pluralidad de orificios de restricción de flujo radiales puede haberse dispuesto a través del tubo en una longitud L desde un extremo axial de entrada del tubo próximo a la abertura de entrada. En algunas realizaciones, la longitud L puede ser menor que 2 veces el diámetro interior de la salida de fluido 16; menor que 1,5 veces el diámetro interior de la salida de fluido 16 en otras realizaciones; menor que 1 vez el diámetro interior de la salida de fluido 16 en otras realizaciones; y menor que 0,5 veces el diámetro interior de la salida de fluido 16, en aún otras realizaciones. En otras realizaciones, los orificios de restricción de flujo radiales pueden estar situados tan cerca del extremo axial como sea posible, con el fin de proporcionar tanto susceptibilidad de fabricación como integridad estructural.The plurality of radial flow restriction holes may have been disposed through the tube at a length L from an axial inlet end of the tube close to the inlet opening. In some embodiments, the length L may be less than 2 times the inside diameter of the fluid outlet 16; less than 1.5 times the inside diameter of the fluid outlet 16 in other embodiments; less than 1 time the inside diameter of the fluid outlet 16 in other embodiments; and less than 0.5 times the inside diameter of the fluid outlet 16, in still other embodiments. In other embodiments, the radial flow restriction holes may be located as close to the axial end as possible, in order to provide both manufacturing susceptibility and structural integrity.

Haciendo referencia, a continuación, a las Figuras 3A (vista de perfil) y 3B (vista desde el extremo de entrada), se ilustra en ellas una tobera de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria. La tobera de inyección 10 puede incluir el tubo 12, que tiene una entrada de fluido 24 y una salida de fluido 26. La entrada de fluido 24 puede estar formada, por ejemplo, por una pluralidad de orificios de restricción de flujo axial 27, distribuidos axialmente a través de la placa de entrada 28.Referring now to Figures 3A (profile view) and 3B (view from the inlet end), an injection nozzle is illustrated therein in accordance with the embodiments disclosed herein. The injection nozzle 10 may include the tube 12, which has a fluid inlet 24 and a fluid outlet 26. The fluid inlet 24 may be formed, for example, by a plurality of axial flow restriction holes 27, distributed axially through the input plate 28.

Como se muestra en la Figura 3B, los orificios de flujo axial 26 pueden estar distribuidos sobre la placa de entrada 28 utilizando una separación uniforme. El uso de una separación uniforme puede hacer posibles la facilidad de fabricación y la integridad estructural. De forma más importante, orificios de restricción de flujo axial con la misma separación entre ellos pueden hacer posible el desarrollo de un perfil de flujo centrado y uniforme.As shown in Figure 3B, the axial flow holes 26 may be distributed over the inlet plate 28 using a uniform separation. The use of a uniform separation can make manufacturing ease and structural integrity possible. More importantly, axial flow restriction holes with the same separation between them can make it possible to develop a centered and uniform flow profile.

Comparando la Figura 3A y la Figura 4A, en las que los mismos números representan partes similares, los orificios de restricción de flujo axial 27 pueden tener una longitud LO que puede ser ajustada para conseguir una caída de presión o un perfil de velocidades deseados. En algunas realizaciones, la longitud LO puede permitir que el flujo dentro del orificio de restricción de flujo axial 27 se estabilice, con lo que sale del orificio con un perfil de velocidades más uniforme, con el resultado correspondiente de un perfil de velocidades más uniforme en la salida de fluido 26. Por ejemplo, la longitud Lo puede ser al menos 4 veces el diámetro de un orificio de restricción de flujo axial en algunas realizaciones; y al menos 5 veces el diámetro de un orificio de un orificio de restricción de flujo axial en aún otras realizaciones.By comparing Figure 3A and Figure 4A, in which the same numbers represent similar parts, the axial flow restriction holes 27 can have a length LO that can be adjusted to achieve a pressure drop or a profile of desired speeds. In some embodiments, the length LO may allow the flow within the axial flow restriction hole 27 to stabilize, thereby leaving the hole with a more uniform velocity profile, with the corresponding result of a more uniform velocity profile in fluid outlet 26. For example, the length Lo may be at least 4 times the diameter of an axial flow restriction hole in some embodiments; and at least 5 times the diameter of an orifice of an axial flow restriction orifice in still other embodiments.

La longitud desde un extremo de salida 32 de un orificio hasta la salida de fluido 26 deberá ser también suficienteThe length from an outlet end 32 of a hole to the fluid outlet 26 should also be sufficient.

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para desarrollar un perfil de velocidades uniforme y estable. En algunas realizaciones, la relación entre una longitud axial del tubo y una longitud axial de la pluralidad de orificios de restricción de flujo puede ser al menos 4:1; y estar comprendida en el intervalo entre 5:1 y 50:1 en otras realizaciones.to develop a uniform and stable speed profile. In some embodiments, the ratio between an axial length of the tube and an axial length of the plurality of flow restriction holes may be at least 4: 1; and be in the range between 5: 1 and 50: 1 in other embodiments.

El número y el diámetro de los orificios de restricción de flujo axial pueden también depender de la caída de presión deseada a través del tubo 12. En algunas realizaciones, una relación entre un diámetro interior de la salida del tubo y un diámetro de un orificio de restricción de flujo axial es mayor que 2:1; y está comprendida en el intervalo entre 2:1 y 20:1 en otras realizaciones.The number and diameter of the axial flow restriction holes may also depend on the desired pressure drop through the tube 12. In some embodiments, a relationship between an inner diameter of the tube outlet and a diameter of a bore axial flow restriction is greater than 2: 1; and is in the range between 2: 1 and 20: 1 in other embodiments.

Como se ilustra en las Figuras 5A (vista de perfil) y 5B (vista desde el extremo de entrada), en las que los mismos números representan partes similares, los orificios de restricción de flujo axial 27 pueden haberse hecho gradualmente estrechados. Por ejemplo, los orificios de flujo axial 27 pueden aumentar de diámetro desde un extremo de entrada 30 del orificio hasta un extremo de salida 32 del orificio, de tal manera que el diámetro exterior puede estrecharse gradualmente en un ángulo a de hasta aproximadamente 15° en algunas realizaciones; en un ángulo a entre aproximadamente 5° y 15° en otras realizaciones; y en un ángulo a comprendido entre 7,5° y 12,5° en aún otras realizaciones.As illustrated in Figures 5A (profile view) and 5B (view from the inlet end), in which the same numbers represent similar parts, the axial flow restriction holes 27 may have gradually become narrowed. For example, axial flow holes 27 may increase in diameter from an inlet end 30 of the hole to an outlet end 32 of the hole, such that the outer diameter can gradually narrow at an angle a of up to about 15 ° in some embodiments; at an angle at between about 5 ° and 15 ° in other embodiments; and at an angle between 7.5 ° and 12.5 ° in still other embodiments.

Haciendo referencia, a continuación, a las Figuras 6A (vista de perfil) y 6B (vista desde el extremo de entrada), se ilustra en ellas una tobera de inyección que no forma parte de la presente descripción. La tobera de inyección 60 puede incluir un tubo 62 que tiene una entrada de fluido 64 y una salida de fluido 66. La entrada de fluido 64 puede haberse hecho, por ejemplo, como un orificio anular 68 que rodea un dispositivo de restricción de flujo 70. Como se ha ilustrado en la Figura 6A, el dispositivo de restricción de flujo 70 puede incluir un disco 70D, apropiadamente suspendido del centro del extremo de entrada del tubo 62.Referring now to Figures 6A (profile view) and 6B (view from the inlet end), an injection nozzle is illustrated therein which is not part of the present description. The injection nozzle 60 may include a tube 62 having a fluid inlet 64 and a fluid outlet 66. The fluid inlet 64 may have been made, for example, as an annular orifice 68 surrounding a flow restriction device 70 As illustrated in Figure 6A, the flow restriction device 70 may include a disk 70D, properly suspended from the center of the inlet end of the tube 62.

La anchura W del orificio anular 68 puede depender de la caída de presión deseada a través de la tobera 60, entre otros factores. En algunas realizaciones, el diámetro del disco 70D puede oscilar entre 0,5 y 0,95 veces el diámetro interior del tubo 62; y entre 0,6 y 0,85 veces el diámetro interior del tubo 62 en otras realizaciones.The width W of the annular opening 68 may depend on the desired pressure drop through the nozzle 60, among other factors. In some embodiments, the diameter of the disk 70D may range between 0.5 and 0.95 times the inner diameter of the tube 62; and between 0.6 and 0.85 times the inner diameter of the tube 62 in other embodiments.

Comparando la Figura 6A y la Figura 7A, en las que los mismos números representan partes similares, el dispositivo de restricción de flujo 70 puede tener una longitud La que puede ser ajustada para conseguir una caída de presión o perfil de velocidades deseados. En algunas realizaciones, la longitud La puede permitir que se estabilice el flujo dentro del orificio anular 68, por lo que sale del orificio con un perfil de velocidades más uniforme, con el correspondiente resultado de un perfil de velocidades más uniforme en la salida de fluido 66. Por ejemplo, la longitud La puede ser al menos 4 veces la anchura W; y al menos 5 veces la anchura W en aún otras realizaciones.By comparing Figure 6A and Figure 7A, in which the same numbers represent similar parts, the flow restriction device 70 can have a length which can be adjusted to achieve a pressure drop or profile of desired speeds. In some embodiments, the length La may allow the flow to be stabilized within the annular orifice 68, whereby it exits the orifice with a more uniform velocity profile, with the corresponding result of a more uniform velocity profile at the fluid outlet. 66. For example, the length La may be at least 4 times the width W; and at least 5 times the width W in still other embodiments.

La longitud desde un extremo de salida del orificio anular hasta la salida de fluido 66 ha de ser también suficiente para desarrollar un perfil de velocidades uniforme y estable. En algunas realizaciones, una relación entre una longitud axial Lt del tubo y una longitud La del orificio de flujo anular puede ser al menos 4:1; y estar comprendida en el intervalo entre 5:1 y 50:1, en otras realizaciones.The length from an outlet end of the annular orifice to the fluid outlet 66 must also be sufficient to develop a uniform and stable velocity profile. In some embodiments, a ratio between an axial length Lt of the tube and a length of the annular flow orifice may be at least 4: 1; and be in the range between 5: 1 and 50: 1, in other embodiments.

Como se ha ilustrado en las Figuras 8A (vista de perfil), 8B (vista desde el extremo de entrada), 9A (vista de perfil) y 9B (vista desde el extremo de entrada), en las cuales los mismos números representan partes similares, el orificio de flujo anular 66 puede estar gradualmente estrechado, tal como mediante el uso de un dispositivo de restricción de flujo 70C que puede ser cónico. Por ejemplo, el orificio de flujo anular 68 puede aumentar de diámetro desde un extremo de entrada del orificio hasta un extremo de salida del orificio, de tal manera que el diámetro exterior puede estrecharse gradualmente en un ángulo p de hasta aproximadamente 15° en algunas realizaciones; en un ángulo p comprendido entre aproximadamente 5° y 15° en otras realizaciones; y en un ángulo p comprendido entre 7,5° y 12,5° en aún otras realizaciones. Como se ilustra en la Figura 9A, el extremo de salida del dispositivo de restricción de flujo cónico 70C puede estar truncado (de lo que resulta un dispositivo de restricción de flujo troncocónico 70F).As illustrated in Figures 8A (profile view), 8B (view from the input end), 9A (profile view) and 9B (view from the input end), in which the same numbers represent similar parts , the annular flow orifice 66 may be gradually narrowed, such as by the use of a flow restriction device 70C that can be conical. For example, the annular flow orifice 68 may increase in diameter from an inlet end of the orifice to an outlet end of the orifice, such that the outer diameter can gradually narrow at an angle p of up to about 15 ° in some embodiments. ; at an angle p between about 5 ° and 15 ° in other embodiments; and at an angle p between 7.5 ° and 12.5 ° in still other embodiments. As illustrated in Figure 9A, the outlet end of the conical flow restriction device 70C may be truncated (resulting in a frustoconical flow restriction device 70F).

Las toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria, tal y como se ha descrito anteriormente, pueden hacer posible un perfil de velocidades estable. Tales toberas de inyección pueden hacer posible un perfil de velocidades uniforme centrado en la salida de la tobera. Las toberas de inyección con arreglo a las realizaciones divulgadas en esta memoria pueden evitar la generación de zonas que presentan una velocidad elevada o chorros localizados que pueden causar la degradación de las partículas. De manera adicional, las toberas de inyección divulgadas en esta memoria pueden evitar la generación de zonas que presentan una velocidad axial negativa cerca de la salida de la tobera, de lo que resulta una baja velocidad de erosión de la tobera.Injection nozzles according to the embodiments disclosed herein, as described above, can make a stable velocity profile possible. Such injection nozzles may make possible a uniform velocity profile centered on the nozzle outlet. Injection nozzles according to the embodiments disclosed herein can prevent the generation of high velocity zones or localized jets that can cause particle degradation. Additionally, the injection nozzles disclosed herein can prevent the generation of areas that have a negative axial velocity near the nozzle outlet, resulting in a low erosion rate of the nozzle.

Las toberas de inyección descritas en lo anterior pueden disponerse en un aparato de distribución de gas. Las toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria pueden ser utilizadas con cualquier tipo de aparato de distribución en el que se esté distribuyendo una única fase gaseosa al seno de un lecho de sólidos fluidificados. Por ejemplo, un distribuidor del tipo de cúpula y un distribuidor de sombrerete, entre otros. Tales distribuidores pueden disponerse dentro de recipientes destinados a llevar a cabo diversas reacciones o transferencia de masa entre el gas y los sólidos, incluyendo recipientes de regeneración catalítica por FCC, recipientes de polimerización en fase gaseosa, gasificación de carbón y reducción de mineral de hierro, entre otros.The injection nozzles described in the foregoing can be arranged in a gas distribution apparatus. The injection nozzles according to the embodiments disclosed herein can be used with any type of distribution apparatus in which a single gas phase is being distributed within a bed of fluidized solids. For example, a dome-type distributor and a cap distributor, among others. Such distributors can be disposed within containers intended to carry out various reactions or mass transfer between the gas and solids, including FCC catalytic regeneration vessels, gas phase polymerization vessels, coal gasification and iron ore reduction, among others.

Haciendo referencia, a continuación, a la Figura 11, en las que los mismos números representan partes similares, se ilustran toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria dispuestas dentroReferring now to Figure 11, in which the same numbers represent similar parts, injection nozzles are illustrated in accordance with the embodiments disclosed herein arranged within

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de un aparato de distribución de gas. La Figura 10 muestra toberas de inyección que no forman parte de la presente descripción, dispuestas en un aparato de distribución de gas. El aparato de distribución de gas 80 puede incluir un distribuidor del tipo de anillos (no ilustrado) que tiene un colector de distribución de gas 82, en comunicación de fluido con una fuente de aporte de gas y una pluralidad de toberas de inyección 84. Cada una de las toberas de inyección puede incluir una entrada de fluido 86, dispuesta en el interior del colector de distribución, y una salida de fluido 88. En algunas realizaciones, tales como la mostrada en la Figura 10, la salida de fluido 88 puede estar situada próxima a una circunferencia exterior 89 del colector de distribución de gas 82. En otras realizaciones, tal como se muestra en la Figura 11, la salida de fluido 88 termina en un punto externo al colector de distribución de gas 82.of a gas distribution apparatus. Figure 10 shows injection nozzles that are not part of the present description, arranged in a gas distribution apparatus. The gas distribution apparatus 80 may include a ring type distributor (not shown) having a gas distribution manifold 82, in fluid communication with a gas supply source and a plurality of injection nozzles 84. Each one of the injection nozzles may include a fluid inlet 86, disposed inside the distribution manifold, and a fluid outlet 88. In some embodiments, such as that shown in Figure 10, the fluid outlet 88 may be located next to an outer circumference 89 of the gas distribution manifold 82. In other embodiments, as shown in Figure 11, the fluid outlet 88 terminates at a point external to the gas distribution manifold 82.

Similarmente, haciendo referencia a continuación a las Figuras 12 y 13, en las que los mismos números representan partes similares, se ilustran en ellas toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria, dispuestas dentro de un aparato de distribución de gas. El aparato de distribución de gas 90 puede incluir un distribuidor de placa plana 91 dentro de un recipiente 92, que tiene un colector de distribución de gas 93 en comunicación de fluido con una fuente de aporte de gas 94 y una pluralidad de toberas de inyección 95. Cada una de las toberas de inyección puede incluir una entrada de fluido 96, dispuesta dentro del colector de distribución, y una salida de fluido 97. En algunas realizaciones, tales como la mostrada en la Figura 12, la salida de fluido 97 puede estar situada próxima a una superficie superior 98 de la placa plana 99. En otras realizaciones, tales como la mostrada en la Figura 13, las salidas de fluido 97 pueden terminar en un punto por encima de la superficie superior 98 de la placa plana 99.Similarly, referring next to Figures 12 and 13, in which the same numbers represent similar parts, injection nozzles are illustrated therein in accordance with the embodiments disclosed herein, arranged within a gas distribution apparatus . The gas distribution apparatus 90 may include a flat plate distributor 91 within a container 92, which has a gas distribution manifold 93 in fluid communication with a gas supply source 94 and a plurality of injection nozzles 95 Each of the injection nozzles may include a fluid inlet 96, disposed within the distribution manifold, and a fluid outlet 97. In some embodiments, such as that shown in Figure 12, the fluid outlet 97 may be located next to an upper surface 98 of the flat plate 99. In other embodiments, such as that shown in Figure 13, the fluid outlets 97 may terminate at a point above the upper surface 98 of the flat plate 99.

Como se ha mencionado anteriormente, las toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria pueden ser utilizadas en aparatos de distribución de gas empleados para regeneración catalítica por FCC, por ejemplo. Las toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en esta memoria pueden, adicionalmente, ser utilizadas igualmente en otras partes de un procedimiento de craqueo, tal y como se ilustra en, y se describe con respecto a, la Figura 1 de la Patente de los eE.UU. N° 5.314.610. Como se describe en la Patente 5.314.610, pueden utilizarse aparatos de distribución de gas para la inyección de un medio de decapado, tal como vapor de agua o nitrógeno, en un recipiente de reacción de craqueo catalítico, o para la inyección de oxígeno o de aire para la combustión y eliminación de coque de un catalizador gastado.As mentioned above, the injection nozzles according to the embodiments disclosed herein can be used in gas distribution apparatus used for catalytic regeneration by FCC, for example. The injection nozzles according to the embodiments disclosed herein may additionally also be used in other parts of a cracking process, as illustrated in, and described with respect to, Figure 1 of the Patent of The USA. No. 5,314,610. As described in Patent 5,314,610, gas distribution apparatus can be used for the injection of a pickling medium, such as steam or nitrogen, into a catalytic cracking reaction vessel, or for the injection of oxygen or of air for combustion and removal of coke from a spent catalyst.

EjemplosExamples

Los siguientes ejemplos se han deducido por técnicas de modelización, y, si bien el trabajo se llevó ciertamente a efecto, los inventores no presentan estos ejemplos en el tiempo pasado para satisfacer las reglas aplicables.The following examples have been deduced by modeling techniques, and although the work was certainly carried out, the inventors do not present these examples in the past time to satisfy the applicable rules.

Simulaciones de toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria se han comparado con tubos de Borda y con tubos de Borda modificados utilizando la «dinámica de fluidos computacional» (CFD). La CFD se utiliza para examinar y comparar las pautas de flujo que resultan de una configuración de tobera de inyección dada, tal y como se ilustra en las Figuras 14-17. Como se mostrará, las toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente invención pueden reducir la posibilidad de que se produzcan inestabilidades de flujo y la posibilidad de que se produzca un desgaste erosivo en la punta de la tobera. Los estudios de CFD se llevaron a cabo utilizando condiciones idénticas para cada configuración de tobera de inyección simulada, de tal manera que los flujos de aire y las caídas de presión eran los mismos para cada diseño.Simulations of injection nozzles in accordance with the embodiments disclosed herein have been compared with Embroidered and Embedded Tubes using the "computational fluid dynamics" (CFD). CFD is used to examine and compare flow patterns that result from a given injection nozzle configuration, as illustrated in Figures 14-17. As will be shown, injection nozzles according to the embodiments disclosed in the present invention can reduce the possibility of flow instabilities and the possibility of erosive wear at the tip of the nozzle. CFD studies were carried out using identical conditions for each simulated injection nozzle configuration, such that air flows and pressure drops were the same for each design.

Ejemplo comparativo 1Comparative Example 1

Haciendo referencia a las Figuras 14A-14E, se ilustran en ellas los resultados de CFD para una tobera de inyección del tipo de Borda convencional que se utiliza de manera generalizada para distribuidores de gas en lechos fluidificados. La tobera es de 22,8 cm (9 pulgadas) de longitud, tiene un diámetro interior en la salida de 3,8 cm (1,5 pulgadas), y el orificio de entrada es de 2,6 cm (1,04 pulgadas) de diámetro. La Figura 14A es una vista en corte transversal de una cabecera de distribución de gas, que muestra los vectores de velocidad de flujo dentro de la cabecera, el tubo de Borda y el lecho circundante de sólidos. Como era de esperar, se produce un chorro a alta velocidad a medida que el gas se acelera a través del orificio y diverge al interior del diámetro más grande del tubo de Borda, aguas abajo del orificio.Referring to Figures 14A-14E, the results of CFD for an injection nozzle of the conventional Borda type which is widely used for gas distributors in fluidized beds are illustrated. The nozzle is 22.8 cm (9 inches) in length, has an inside diameter at the outlet of 3.8 cm (1.5 inches), and the inlet hole is 2.6 cm (1.04 inches) ) diameter. Figure 14A is a cross-sectional view of a gas distribution header, showing the flow velocity vectors within the header, the Overhead tube and the surrounding bed of solids. As expected, a high velocity jet is produced as the gas accelerates through the hole and diverges into the larger diameter of the Borda tube, downstream of the hole.

La Figura 14B muestra los vectores de velocidad en un único plano que corta a través de una sección transversal de la cabecera y del tubo de Borda y sale fuera, al interior de un lecho de sólidos. El plano se ha orientado de manera que es paralelo a la dirección del flujo de gas general en la cabecera. Los resultados de CFD indican que el chorro de gas que sale del orificio se ve influenciado por el flujo de gas dentro de la cabecera. Es más, la CFD animada muestra que el chorro de gas no es estable, sino que oscila de un lado a otro dentro del tubo de Borda.Figure 14B shows the velocity vectors in a single plane that cuts through a cross-section of the header and the Borda tube and exits outside, into a bed of solids. The plane has been oriented so that it is parallel to the direction of the general gas flow at the head. The CFD results indicate that the gas stream leaving the hole is influenced by the flow of gas into the header. Moreover, the animated CFD shows that the gas jet is not stable, but oscillates from one side to the other inside the Overboard tube.

Las Figuras 14C y 14D son capturas de imagen ampliadas del chorro de gas procedente del orificio, visto desde dos direcciones diferentes, siendo una de las vistas en la dirección del flujo de gas dentro de la cabecera, y siendo la segunda vista perpendicular a la dirección del flujo de gas. Queda claro de estas vistas que el chorro procedente del orificio se ve influenciado por el flujo de gas en la cabecera.Figures 14C and 14D are enlarged image captures of the gas stream coming from the hole, seen from two different directions, one of the views in the direction of the gas flow within the header, and the second view being perpendicular to the direction of the gas flow. It is clear from these views that the jet coming from the hole is influenced by the flow of gas in the header.

La Figura 14E es una vista a lo largo de un único plano que pasa por el centro del tubo de Borda, de tal manera que la orientación del plano es perpendicular a la dirección del flujo de gas dentro de la cabecera. Es sorprendente elFigure 14E is a view along a single plane that passes through the center of the Borda tube, such that the orientation of the plane is perpendicular to the direction of gas flow within the header. It's amazing the

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hallazgo de que la inestabilidad del chorro de gas persiste más allá del final de la tobera y hasta el seno del lecho de sólidos fluidificados, a pesar de que la tobera tenga la relación mínima recomendada entre longitud y diámetro (L/D) de 6,0. Es más, la inestabilidad del chorro de gas tiene realmente como resultado una velocidad axial negativa en una parte del tubo. La versión animada del estudio de CFD muestra que la región de velocidad negativa no es estable, sino que se mueve de un lado a otro dentro del tubo, tal como se ilustra en la Figura 15A, una vista desde un extremo de la entrada de la tobera, y en las Figuras 15B-15K, que contienen capturas de imagen secuenciales (a intervalos de tiempo iguales) tomadas del análisis de CFD de una tobera de inyección de tubo de Borda, que muestran el modo como el chorro de mueve de un lado a otro dentro del tubo de Borda. Queda claro de estos resultados que este diseño de tobera puede permitir que los sólidos fluyan hacia detrás al interior de la región de velocidad axial negativa, solo para ser recogidos y eyectados a alta velocidad cuando el chorro de gas se cambia de lado en el tubo. El comportamiento del chorro de gas inestable coincide con la configuración de desgaste que se observa en estos tipos de toberas tras uso durante un cierto tiempo.finding that gas jet instability persists beyond the end of the nozzle and to the bed of the fluidized solids bed, even though the nozzle has the minimum recommended ratio between length and diameter (L / D) of 6, 0. Moreover, the instability of the gas jet actually results in a negative axial velocity in a part of the tube. The animated version of the CFD study shows that the region of negative velocity is not stable, but moves from one side to another inside the tube, as illustrated in Figure 15A, a view from one end of the entrance of the nozzle, and in Figures 15B-15K, containing sequential image captures (at equal time intervals) taken from the CFD analysis of an Injector tube injection nozzle, which show how the jet moves from one side to another inside the Borda tube. It is clear from these results that this nozzle design can allow solids to flow back into the region of the negative axial velocity, only to be collected and ejected at high speed when the gas stream changes sideways in the tube. The behavior of the unstable gas jet coincides with the wear configuration observed in these types of nozzles after use for a certain time.

Ejemplos comparativos 2-5Comparative Examples 2-5

Haciendo referencia, a continuación, a las Figuras 16-20 (Ejemplos comparativos 1-5), se muestran en ellas vistas de captura de imagen a lo largo de un plano axial que pasa por diversas configuraciones de tubo de Borda de inyección modificado. Todas las toberas de inyección se han evaluado bajo las mismas condiciones de presión de entrada, con las aberturas de los orificios dimensionadas para proporcionar una caída de presión constante de 14.479 Pa (2,1 psi) a través del inyector. Cada tobera tiene una longitud de 22,8 cm (9 pulgadas) y tiene un diámetro interior de 3,8 cm (1,5 pulgadas) (L/D de 6).Referring now to Figures 16-20 (Comparative Examples 1-5), image capture views are shown therein along an axial plane passing through various configurations of modified injection Board. All injection nozzles have been evaluated under the same inlet pressure conditions, with hole openings sized to provide a constant pressure drop of 14,479 Pa (2.1 psi) through the injector. Each nozzle has a length of 22.8 cm (9 inches) and has an inside diameter of 3.8 cm (1.5 inches) (L / D of 6).

Ejemplo comparativo 1 (repetición): La Figura 16A es el tubo de Borda convencional con un único orificio, tal y como se ha mostrado anteriormente en las Figuras 14 y 15 y que se muestra de nuevo aquí como referencia.Comparative Example 1 (repetition): Figure 16A is the conventional single-hole inboard tube, as shown previously in Figures 14 and 15 and shown here again as reference.

Ejemplo comparativo 2: En la Figura 17, el tubo de Borda incluye un orificio doble (cada uno de 0,6 cm (1/4 pulgada) de longitud y que tiene un diámetro de 2,6 cm (1,04 pulgadas)), con 1,9 m (0,75 pulgadas) de espacio entre los orificios. Los resultados de la CFD no indican ninguna mejora en la estabilidad del chorro ni en la presencia de regiones de velocidad axial negativa en el tubo de tobera, en comparación con un tubo de Borda convencional.Comparative Example 2: In Figure 17, the Borda tube includes a double hole (each 0.6 cm (1/4 inch) in length and having a diameter of 2.6 cm (1.04 inches)) , with 1.9 m (0.75 inches) of space between the holes. The results of the CFD do not indicate any improvement in the stability of the jet or in the presence of regions of negative axial velocity in the nozzle tube, compared to a conventional inboard tube.

Ejemplo comparativo 3: En la Figura 18, el orificio incluye una corta sección en pendiente en el extremo de aguas abajo. De nuevo, los resultados de CFD no indican mejora alguna en la estabilidad del chorro ni en la presencia de regiones de velocidad axial negativa en el tubo de la tobera.Comparative Example 3: In Figure 18, the hole includes a short sloping section at the downstream end. Again, CFD results do not indicate any improvement in jet stability or in the presence of regions of negative axial velocity in the nozzle tube.

Ejemplo comparativo 4: En las Figuras 19A (vista de perfil) y 19B (vista desde un extremo de la entrada de la tobera), el espesor del orificio se incrementa de 0,6 cm (1/4 pulgada) a 2,5 cm (1 pulgada) de longitud. Esta disposición muestra menos inestabilidad en los resultados de CFD. Sin embargo, la región de velocidad axial negativa sigue estando presente, si bien la posición de la región de velocidad negativa es más estable.Comparative Example 4: In Figures 19A (profile view) and 19B (view from one end of the nozzle inlet), the thickness of the hole is increased from 0.6 cm (1/4 inch) to 2.5 cm (1 inch) in length. This provision shows less instability in CFD results. However, the region of negative axial velocity is still present, although the position of the region of negative velocity is more stable.

Ejemplo comparativo 5: En las Figuras 20A (vista de perfil) y 20B (vista desde un extremo de la entrada de la tobera), la gruesa tobera incluye una larga región en pendiente en el extremo de salida del orificio. Esta disposición muestra un perfil de velocidades muy estable. Sin embargo, el chorro de gas no está centrado en el tubo y hay una zona relativamente grande, aunque estable, de velocidad axial negativa.Comparative Example 5: In Figures 20A (profile view) and 20B (view from one end of the nozzle inlet), the thick nozzle includes a long sloping region at the outlet end of the hole. This arrangement shows a very stable velocity profile. However, the gas jet is not centered in the tube and there is a relatively large, although stable, zone of negative axial velocity.

Los análisis de CFD de un tubo de Borda y de los tubos de Borda modificados de las Figuras 16A - 16E exhiben un flujo inestable y/o velocidad axial negativa, cada uno de los cuales es una característica de flujo indeseable de una tobera de inyección de gas.The CFD analyzes of an inboard tube and the modified inboard tubes of Figures 16A-16E exhibit an unstable flow and / or negative axial velocity, each of which is a characteristic of undesirable flow of an injection nozzle of gas.

Ejemplos 1-5Examples 1-5

Haciendo referencia, a continuación, a las Figuras 23 y 24 (Ejemplos 3 y 4), se ilustran en ellas vistas de captura de imagen a lo largo de un plano axial a través de las toberas de inyección utilizadas en aparatos de acuerdo con las realizaciones divulgadas en esta memoria. Todas las toberas de inyección se han evaluado bajo las mismas condiciones que las de los Ejemplos comparativos 1-5 (la misma presión de entrada, con las aberturas de los orificios dimensionadas para proporcionar una caída de presión constante de 14.479 Pa (2,1 psi) a través del inyector). Cada tobera tiene 22,8 cm (9 pulgadas) de longitud y tiene 3,8 cm (1,5 pulgadas) de diámetro interior (L/D de 6).Referring now to Figures 23 and 24 (Examples 3 and 4), image capture views along an axial plane through the injection nozzles used in apparatus according to the embodiments are illustrated. disclosed in this report. All injection nozzles have been evaluated under the same conditions as those in Comparative Examples 1-5 (the same inlet pressure, with hole openings sized to provide a constant pressure drop of 14,479 Pa (2.1 psi ) through the injector). Each nozzle is 22.8 cm (9 inches) long and has 3.8 cm (1.5 inches) inside diameter (L / D of 6).

Ejemplo 1: Las Figuras 21A (vista de perfil) y 21B (vista desde un extremo de la entrada de la tobera) ilustran un análisis de CFD de un orificio similar al ilustrado en las realizaciones descritas en relación con las Figuras 6A y 6B. el Ejemplo 1 no forma parte de la presente descripción. La configuración del orificio incluye una abertura anular que rodea un disco plano (1,9 cm (0,75 pulgadas) de diámetro y 0,6 cm (1/4 pulgada) de longitud), suspendido en el centro de la entrada de la tobera de inyección. Esta tobera tiene un perfil de velocidades muy estable. Sin embargo, el perfil de velocidades no está centrado en la salida. Adicionalmente, puede haber regiones localizadas en las que podría producirse un flujo de retorno, y la tobera puede resultar difícil de fabricar.Example 1: Figures 21A (profile view) and 21B (view from one end of the nozzle inlet) illustrate a CFD analysis of a hole similar to that illustrated in the embodiments described in relation to Figures 6A and 6B. Example 1 is not part of the present description. The hole configuration includes an annular opening that surrounds a flat disk (1.9 cm (0.75 inches) in diameter and 0.6 cm (1/4 inch) in length), suspended in the center of the entrance of the injection nozzle This nozzle has a very stable velocity profile. However, the velocity profile is not centered on the output. Additionally, there may be localized regions where a return flow could occur, and the nozzle may be difficult to manufacture.

Ejemplo 2: Las Figuras 22A (vista de perfil) y 22B (vista desde un extremo de la entrada de la tobera) ilustran un análisis de CFD de un orificio similar al que se ha ilustrado en la realización descrita con respecto a las Figuras 9A yExample 2: Figures 22A (profile view) and 22B (view from one end of the nozzle inlet) illustrate a CFD analysis of a hole similar to that illustrated in the described embodiment with respect to Figures 9A and

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9B. El Ejemplo 2 no forma parte de la presente descripción. La configuración del orificio incluye un cono gradualmente estrechado, suspendido en la entrada de la tobera para formar la abertura del orificio anular. Esta tobera se comporta tan bien como la de las Figuras 21A y 21B desde el punto de vista de la estabilidad, pero muestra una mejora en tanto en cuanto el perfil de velocidades está centrado casi perfectamente en el tubo de la tobera. Sin embargo, la tobera puede resultar difícil de fabricar.9B. Example 2 is not part of the present description. The hole configuration includes a gradually narrowed cone, suspended at the inlet of the nozzle to form the opening of the annular hole. This nozzle behaves as well as that of Figures 21A and 21B from the point of view of stability, but shows an improvement as long as the velocity profile is almost perfectly centered on the nozzle tube. However, the nozzle can be difficult to manufacture.

Ejemplo 3: Las Figuras 23A (vista de perfil) y 23B (vista desde un extremo de la entrada de la tobera) ilustran un análisis de CFD de un orificio similar al que se ha ilustrado en la realización descrita con respecto a las Figuras 3A y 3B. La configuración de orificios incluye siete (7) orificios más pequeños para proporcionar la misma caída de presión que la disposición de orificio único. Esta disposición exhibe un perfil de velocidades bastante estable, y el perfil de velocidades en la salida de la tobera es muy uniforme. Existen algunas zonas de velocidad axial negativa, pero estas están confinadas a la mitad de entrada de la tobera y no llegan hasta la punta de la tobera.Example 3: Figures 23A (profile view) and 23B (view from one end of the nozzle inlet) illustrate a CFD analysis of a hole similar to that illustrated in the described embodiment with respect to Figures 3A and 3B. The hole configuration includes seven (7) smaller holes to provide the same pressure drop as the single hole arrangement. This arrangement exhibits a fairly stable velocity profile, and the velocity profile at the nozzle outlet is very uniform. There are some areas of negative axial velocity, but these are confined to the inlet half of the nozzle and do not reach the tip of the nozzle.

Ejemplo 4: Las Figuras 24A (vista de perfil) y 24B (vista desde un extremo de la entrada de la tobera) ilustran un análisis de CFD de un orificio similar al que se ha ilustrado en la realización descrita en relación con las Figuras 4A y 4B. La configuración de orificios incluye una disposición de múltiples orificios (7 agujeros) similar a la del Ejemplo 3, a excepción de que la placa de orificios delgada (0,6 cm (1/4 pulgada)) se ha reemplazado por una placa gruesa (2,5 cm (1 pulgada)). La inclusión de la placa de orificios gruesa mejora la estabilidad del perfil de velocidades, en comparación con el Ejemplo 3, al tiempo que muestra también un perfil de velocidades muy uniforme en la salida de la tobera de inyección. Es más, el punto en el que el perfil de velocidades se hace uniforme se produce más pronto que con la disposición de orificio delgado del Ejemplo 3.Example 4: Figures 24A (profile view) and 24B (view from one end of the nozzle inlet) illustrate a CFD analysis of a hole similar to that illustrated in the embodiment described in relation to Figures 4A and 4B. The hole configuration includes a multi-hole arrangement (7 holes) similar to that of Example 3, except that the thin hole plate (0.6 cm (1/4 inch)) has been replaced by a thick plate ( 2.5 cm (1 inch)). The inclusion of the thick orifice plate improves the stability of the velocity profile, compared to Example 3, while also showing a very uniform velocity profile at the outlet of the injection nozzle. Moreover, the point at which the velocity profile becomes uniform occurs sooner than with the thin hole arrangement of Example 3.

Ejemplo 5: Las Figuras 25A (vista de perfil) y 25B (vista desde un extremo de la entrada de la tobera) ilustran un análisis de CFD de un orificio similar al que se ha ilustrado en la realización descrita en relación con las Figuras 2A y 2B. El Ejemplo 5 no forma parte de la presente descripción. La configuración de orificios incluye una realización de múltiples orificios con ocho (8) agujeros que han sido trasladados al lado del tubo, en lugar de estar colocados en la placa trasera. No hay aberturas en la placa trasera. De nuevo, el área de los orificios se ha dimensionado para proporcionar la misma caída de presión total en la tobera de 14.479 Pa (2,1 psi), como se mantiene para todas las disposiciones previas. Los estudios de CFD muestran que esta disposición tiene como resultado un perfil de velocidades uniforme y estable. En el resultado animado de CFD, no se ha detectado casi ningún movimiento en el perfil de velocidades. Es más, el diseño de la tobera es fácil de fabricar con respecto al tubo de Borda convencional del Ejemplo comparativo 1.Example 5: Figures 25A (profile view) and 25B (view from one end of the nozzle inlet) illustrate a CFD analysis of a hole similar to that illustrated in the embodiment described in relation to Figures 2A and 2B. Example 5 is not part of the present description. The hole configuration includes a multi-hole embodiment with eight (8) holes that have been moved to the side of the tube, instead of being placed on the back plate. There are no openings in the back plate. Again, the area of the holes has been sized to provide the same total pressure drop in the nozzle of 14,479 Pa (2.1 psi), as is maintained for all previous arrangements. CFD studies show that this arrangement results in a uniform and stable velocity profile. In the animated CFD result, almost no movement in the velocity profile has been detected. Moreover, the design of the nozzle is easy to manufacture with respect to the conventional inboard tube of Comparative Example 1.

Ejemplo 6: Las Figuras 26-31 comparan análisis de CFD de un orificio similar al que se ha ilustrado en las Figuras 2A y 2B, con un análisis de CFD del tubo de Borda convencional del Ejemplo comparativo 1 (ilustrado en la Figura 16 y repetido en las Figuras 27, 20 y 31 por conveniencia, de manera que las 27A, 29A y 31A representan una vista de perfil, y las 27B, 29B y 31B representan una vista desde un extremo de la entrada de la tobera). Las configuraciones de orificios incluyen disposiciones de múltiples orificios con ocho (8) agujeros (Figuras 26A (vista desde un extremo) y 26B (vista de perfil de la entrada de la tobera), seis (6) agujeros (Figuras 28A (vista desde un extremo) y 28B (vista de perfil de la entrada de la tobera)), y cuatro (4) agujeros (Figuras 30A (vista desde un extremo) y 30B (vista de perfil de la entrada de la tobera)), que se han trasladado al lado del tubo, en lugar de colocarse en la placa trasera. No hay aberturas en la placa trasera. De nuevo, el área de los orificios se ha dimensionado para proporcionar la misma caída de presión total en la tobera de 14.479 Pa (2,1 psi), según se mantiene para todas las realizaciones previas. Los estudios de CFD muestran que estas disposiciones dan como resultado perfiles de velocidades uniformes y estables (con una oscilación reducida a lo largo del tiempo), en comparación con el tubo de Borda convencional. Los estudios de CFD también muestran que cambiando de ocho (8) a seis (6) y a cuatro (4) aberturas, se mejoraba la uniformidad en la velocidad a la salida.Example 6: Figures 26-31 compare CFD analysis of a hole similar to that illustrated in Figures 2A and 2B, with a CFD analysis of the conventional inboard tube of Comparative Example 1 (illustrated in Figure 16 and repeated in Figures 27, 20 and 31 for convenience, so that 27A, 29A and 31A represent a profile view, and 27B, 29B and 31B represent a view from one end of the nozzle inlet). Hole configurations include multi-hole arrangements with eight (8) holes (Figures 26A (view from one end) and 26B (profile view of the nozzle inlet), six (6) holes (Figures 28A (view from one end) and 28B (profile view of the nozzle inlet)), and four (4) holes (Figures 30A (view from one end) and 30B (profile view of the nozzle inlet)), which have been moved to the side of the tube, instead of being placed in the back plate.There are no openings in the back plate.Once again, the area of the holes has been sized to provide the same total pressure drop in the nozzle of 14,479 Pa (2 , 1 psi), as maintained for all previous embodiments CFD studies show that these arrangements result in profiles of uniform and stable velocities (with reduced oscillation over time), as compared to the Borda tube conventional CFD studies also show that changing from eight (8) to six (6) and four (4) openings, the uniformity in the speed at the exit was improved.

Como se ha descrito anteriormente, las toberas de inyección de acuerdo con las realizaciones divulgadas en esta memoria pueden, ventajosamente, hacer posible uno o más de entre un perfil de velocidades estable, una velocidad uniforme en la salida de la tobera de inyección, y regiones que presentan una velocidad de flujo negativa limitadas. De forma ventajosa, tales toberas de inyección pueden dar como resultado uno o más de entre una erosión reducida, una degradación del catalizador reducida y una distribución del gas mejorada.As described above, the injection nozzles according to the embodiments disclosed herein may, advantageously, make possible one or more of a stable velocity profile, a uniform velocity at the outlet of the injection nozzle, and regions that have a limited negative flow rate. Advantageously, such injection nozzles can result in one or more of reduced erosion, reduced catalyst degradation and improved gas distribution.

Si bien la divulgación incluye un número limitado de realizaciones, los expertos de la técnica, con el beneficio de esta divulgación, apreciarán que pueden contemplarse otras realizaciones.While the disclosure includes a limited number of embodiments, those skilled in the art, with the benefit of this disclosure, will appreciate that other embodiments may be contemplated.

Claims (9)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 REIVINDICACIONES 1. Un aparato de distribución de gas (90), que comprende:1. A gas distribution apparatus (90), comprising: un colector de distribución (93) en comunicación fluida con una fuente de aporte de gas (94) y una pluralidad de toberas de inyección (10);a distribution manifold (93) in fluid communication with a source of gas supply (94) and a plurality of injection nozzles (10); en el que cada una de la pluralidad de toberas de inyección (10) comprende un tubo (12) que tiene una entrada de fluido (24), una salida de fluido (26) y una longitud axial,wherein each of the plurality of injection nozzles (10) comprises a tube (12) having a fluid inlet (24), a fluid outlet (26) and an axial length, en el que la entrada de fluido (24) de al menos una de la pluralidad de toberas de inyección (10) está dispuesta dentro del colector de distribución (93), ywherein the fluid inlet (24) of at least one of the plurality of injection nozzles (10) is disposed within the distribution manifold (93), and en el que la entrada de fluido (24) comprende una pluralidad de orificios de restricción de flujo (27) distribuidos axialmente a través de una placa de entrada (28).wherein the fluid inlet (24) comprises a plurality of flow restriction holes (27) axially distributed through an inlet plate (28). 2. El aparato de la reivindicación 1, en el que la salida de fluido (26) está próxima a una circunferencia exterior del colector de distribución (93).2. The apparatus of claim 1, wherein the fluid outlet (26) is close to an outer circumference of the distribution manifold (93). 3. El aparato de la reivindicación 1, en el que la salida de fluido (26) es externa a una circunferencia exterior del colector de distribución (93).3. The apparatus of claim 1, wherein the fluid outlet (26) is external to an outer circumference of the distribution manifold (93). 4. El aparato de la reivindicación 1, en el que una relación de un diámetro interior de la salida de fluido (26) a un diámetro de al menos uno de los orificios de restricción de flujo (27) es mayor que 2:1.4. The apparatus of claim 1, wherein a ratio of an inner diameter of the fluid outlet (26) to a diameter of at least one of the flow restriction holes (27) is greater than 2: 1. 5. El aparato de la reivindicación 1, en el que la longitud axial del tubo (12) es al menos 5 veces el diámetro interno de la salida de fluido (26).5. The apparatus of claim 1, wherein the axial length of the tube (12) is at least 5 times the internal diameter of the fluid outlet (26). 6. El aparato de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de orificios de restricción de flujo (27) están alineados axialmente con el tubo (12).6. The apparatus of claim 1, wherein the plurality of flow restriction holes (27) are axially aligned with the tube (12). 7. El aparato de la reivindicación 1, en el que una relación de una longitud axial del tubo (12) a una longitud axial de al menos uno de la pluralidad de orificios de restricción de flujo (27) es al menos 4:1.7. The apparatus of claim 1, wherein a ratio of an axial length of the tube (12) to an axial length of at least one of the plurality of flow restriction holes (27) is at least 4: 1. 8. Un recipiente que comprende el aparato de la reivindicación 1 dispuesto dentro del recipiente.8. A container comprising the apparatus of claim 1 disposed within the container. 9. El recipiente de la reivindicación 8, en el que el recipiente se selecciona del grupo que consiste en un regenerador de catalizador gastado, un recipiente de reacción de polimerización y gasificación de carbón.9. The container of claim 8, wherein the container is selected from the group consisting of a spent catalyst regenerator, a polymerization and gasification reaction vessel of carbon.
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